(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
玩具構築システムであって、
対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の着脱可能に相互接続可能な構築要素であって、前記機能構築要素はそれぞれ、該玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素と通信する制御接続手段を含む、複数の着脱可能に相互接続可能な構築要素と、
コンピュータプログラムコードを記憶しているデータ処理システムであって、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムによって実行されると、該データ処理システムに、前記１つ又は複数の機能構築要素を制御するための１つ又は複数の論理コマンドを生成するためのプログラミング環境を提供させるようになっている、データ処理システムと、
インタフェース構築要素であって、
・前記データ処理システムとのデータフロー接続を提供し、且つ前記データ処理システムからの前記論理コマンドを受信する第１の接続手段と、
・前記論理コマンドを、前記少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
・前記機能構築要素の前記制御接続手段を介して前記少なくとも１つの機能構築要素との制御接続を提供し、且つ前記制御信号を出力する第２の接続手段と、
を備える、インタフェース構築要素とを備え、
前記インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素に着脱可能に接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を検出するようになっており、且つ接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を示す情報を前記データ処理システムに送信するようになっており、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムに、前記接続されている機能構築要素の少なくとも存在に関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させるようになっている、玩具構築システム。
【請求項２】
前記制御接続手段は、前記玩具構築システムの他の（the other）構築要素の対応するコネクタを介して前記機能構築要素を別の（another）構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つのコネクタを備える、請求項１に記載の玩具構築システム。
【請求項３】
前記機能構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための前記少なくとも１つのコネクタは、前記機能構築要素の入力コネクタ及び出力コネクタを含む積み重ね可能なコネクタ要素である、請求項２に記載の玩具構築システム。
【請求項４】
前記機能構築要素それぞれの前記積み重ね可能なコネクタ要素は、該積み重ね可能なコネクタ要素の前記入力コネクタから該積み重ね可能なコネクタ要素の前記出力コネクタへの直接制御信号経路を提供するように、前記入力コネクタを介して制御信号を受信するようになっており、且つ受信した該制御信号を前記機能構築要素及び前記出力コネクタに送り込むようになっている、請求項３に記載の玩具構築システム。
【請求項５】
積み重ね可能なコネクタを含む前記構築要素はそれぞれ、電気回路を含む構築要素本体を含み、前記積み重ね可能なコネクタ要素は、フレキシブルケーブルを介して前記電気回路に電気的に接続される、請求項３又は４に記載の玩具構築システム。
【請求項６】
前記積み重ね可能なコネクタ要素はそれぞれ、該積み重ね可能なコネクタ要素の前記入力コネクタを含む第１の接続側と、該第１の接続側とは反対の、前記積み重ね可能なコネクタ要素の前記出力コネクタを含む第２の接続側とを含む、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項７】
前記第２の接続手段は、前記玩具構築システムの他の構築要素の対応するコネクタを介して前記インタフェース構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つの第２のコネクタを備える、請求項２ないし６のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項８】
前記第２の接続手段は、それぞれが前記玩具構築システムの相手方の（respective other）構築要素の対応するコネクタを介して前記インタフェース構築要素を前記相手方の構築要素と電気的に接続するための２つの第２のコネクタを備える、請求項７に記載の玩具構築システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第２のコネクタは、データ入出力コネクタとして選択的に動作可能である、請求項７又は８に記載の玩具構築システム。
【請求項１０】
前記インタフェース構築要素はさらに、前記少なくとも１つの第２のコネクタを介して電力を供給するように構成される、請求項７ないし９のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項１１】
前記第１の接続手段は、前記インタフェース構築要素を前記データ処理システムと電気的に接続し且つ該データ処理システムからの前記論理コマンドを受信するための第１のコネクタを備える、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項１２】
前記インタフェース構築要素はさらに、前記第１のコネクタを介して前記データ処理システムから電力を受け取るように構成される、請求項１１に記載の玩具構築システム。
【請求項１３】
前記インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素による電力出力を制御するための電力制御回路を備える、請求項１２に記載の玩具構築システム。
【請求項１４】
前記第１の接続手段は、ユニバーサルシリアルバス接続を含む、請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項１５】
前記インタフェース構築要素は、前記第２の接続手段を介して該インタフェース構築要素に接続されている構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路を備え、且つ、検出された前記構築要素の存在及びタイプを示す情報を前記第１の接続手段を介して前記データ処理システムに送信するようになっており、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムに、前記構築要素の少なくとも存在及びタイプに関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させるようになっている、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項１６】
前記構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路は、前記第２の接続手段を介して前記インタフェース構築要素に接続されている前記構築要素の電気インピーダンスを検出するための回路を含む、請求項１５に記載の玩具構築システム。
【請求項１７】
前記インタフェース構築要素に接続されている前記構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路はさらに、接続されている前記構築要素の動作状態を検出するようになっており、且つ検出された該動作状態を示す情報を前記第１の接続手段を介して前記データ処理システムに送信するようになっている、請求項１５又は１６に記載の玩具構築システム。
【請求項１８】
前記複数の構築要素は、１つ又は複数のセンサ構築要素をさらに備え、該１つ又は複数のセンサ構築要素は、物理的なイベントに応答する１つ又は複数の入力インタフェース／センサをそれぞれが備え、且つ前記玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素と通信し、及び検出された物理的なイベントを示す制御信号を出力する制御接続手段をそれぞれが備える、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項１９】
前記適合プログラミング環境は、前記インタフェース構築要素に接続されている少なくとも１つの構築要素の存在、タイプ、及び動作状態の少なくとも１つを前記データ処理システムのユーザに示すように構成される、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項２０】
前記適合プログラミング環境は、前記インタフェース構築要素に接続されている少なくとも１つの構築要素の存在に応じた文脈依存（context-sensitive）ヘルプを前記データ処理システムのユーザに提供するように構成される、請求項１９に記載の玩具構築システム。
【請求項２１】
前記プログラミング環境は、ビジュアルプログラミング環境を含む、請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項２２】
前記ビジュアルプログラミング環境は、プログラム構築用の所定の空間文法（spatial grammar）に従ってユーザによって操作され得るアイコン要素を含み、前記ビジュアルプログラミング環境は、接続されている構築要素の検出されたタイプに応じて条件付けられる前記アイコン要素の少なくともサブセットを有効化するようになっている、請求項２１に記載の玩具構築システム。
【請求項２３】
前記ビジュアルプログラミング環境は、プログラム構築用の所定の空間文法に従ってユーザによって操作され得るアイコン要素を含み、前記ビジュアルプログラミング環境は、接続されている構築要素の検出された動作状態に応じて前記アイコン要素の少なくともサブセットの外観を変えるようになっている、請求項２１又は２２に記載の玩具構築システム。
【請求項２４】
前記機能構築要素はそれぞれ、該機能構築要素の前記制御接続手段を介して制御信号を受信するようになっており、且つ受信した該制御信号に応じて機能を実行するようになっている、請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項２５】
前記機能構築要素の少なくとも１つの出力コネクタが、該出力コネクタに接続されている１つ又は複数の構築要素に電力を供給するために出力電力を提供するようになっている電力接点を含み、前記構築要素それぞれの入力コネクタが、電力を受け取るようになっている電力接点を含む、請求項２に従う場合に、請求項２ないし２４のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項２６】
前記構築要素はそれぞれ、該構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を含み、前記コネクタはそれぞれ、前記構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を含む、請求項２５に記載の玩具構築システム。
【請求項２７】
前記構築要素はそれぞれ、該構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を含む、請求項１ないし２６のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項２８】
前記結合手段は、突起と、摩擦係合で突起を収容するようになっている空洞とを備える、請求項２６又は２７に記載の玩具構築システム。
【請求項２９】
玩具構築製品であって、
対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の着脱可能に相互接続可能な構築要素であって、前記機能構築要素はそれぞれ、該玩具構築製品の１つ又は複数の他の構築要素と通信する制御接続手段を含む、複数の着脱可能に相互接続可能な構築要素と、
コンピュータプログラムコードを記憶しているコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムコードは、データ処理システムによって実行されると、該データ処理システムに、前記１つ又は複数の機能構築要素を制御するための１つ又は複数の論理コマンドを生成するためのプログラミング環境を提供させるようになっている、コンピュータ可読媒体と、
インタフェース構築要素であって、
・前記データ処理システムとのデータフロー接続を提供し、且つ前記データ処理システムからの前記論理コマンドを受信する第１の接続手段と、
・前記論理コマンドを、前記少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
・前記機能構築要素の前記制御接続手段を介して前記少なくとも１つの機能構築要素との制御接続を提供し、且つ前記制御信号を出力する第２の接続手段と、
を備える、インタフェース構築要素とを備え、
前記インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素に着脱可能に接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を検出するようになっており、且つ接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を示す情報を前記データ処理システムに送信するようになっており、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムに、前記接続されている機能構築要素の少なくとも存在に関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させるようになっている、玩具構築製品。
【請求項３０】
玩具構築システム用のインタフェース構築要素であって、前記玩具構築システムは、対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の構築要素を備え、前記機能構築要素はそれぞれ、前記玩具構築システムの他の構築要素の対応するコネクタを介して前記機能構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つのコネクタを含み、該インタフェース構築要素は、
・該インタフェース構築要素をデータ処理システムと電気的に接続し、且つ前記玩具構築システムの１つ又は複数の機能構築要素を制御するように前記データ処理からの論理コマンドを受信するための第１のコネクタと、
・前記論理コマンドを前記少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
・該インタフェース構築要素を前記少なくとも１つの機能構築要素の前記少なくとも１つのコネクタの中の１つと電気的に接続し、且つ前記制御信号を出力するための第２のコネクタとを備え、
前記第１のコネクタはさらに、前記機能構築要素の機能を駆動するために前記データ処理システムから電力を受け取るようになっており、前記第２のコネクタはさらに、受け取った前記電力を出力するようになっており、該インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素による電力出力を制御するための電力制御回路を備える、玩具構築システム用のインタフェース構築要素。
【請求項３１】
前記電力制御回路は、前記データ処理システムから受け取られる電流及び前記インタフェース制御要素によって出力される電圧の少なくとも一方を監視するようになっており、且つ監視されている電流又は監視されている電圧がそれぞれの所定の閾値を超える場合に前記第２のコネクタを介して電流出力を少なくとも減らすようになっている、請求項３０に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３２】
前記電力制御回路は、前記データ処理システムから受け取られる電流及び前記インタフェース制御要素によって出力される電圧を監視するようになっており、且つ監視されている電流が所定の閾値を超える場合に前記第２のコネクタを介して電流出力を減らすようになっており、且つ前記第２のコネクタを介して電力出力を止めるようになっている、請求項３１に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３３】
前記電力制御回路は、電流発生器を備える、請求項３０ないし３２のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３４】
前記インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素に接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を検出するようになっており、且つ接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を示す情報を前記データ処理システムに送信するようになっている、請求項３０ないし３３のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３５】
それぞれが前記インタフェース構築要素を少なくとも１つの前記機能構築要素それぞれのコネクタと電気的に接続するための、少なくとも２つの第２のコネクタを備える、請求項３０ないし３４のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３６】
少なくとも１つの前記第２のコネクタは、データ入出力コネクタとして選択的に動作可能である、請求項３０ないし３５のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３７】
前記第１のコネクタは、ユニバーサルシリアルバスコネクタである、請求項３０ないし３６のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３８】
前記インタフェース構築要素は、前記第２のコネクタを介して該インタフェース構築要素に接続されている構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路を備え、且つ検出された構築要素の存在及びタイプを示す情報を前記第１のコネクタを介して前記データ処理システムに送信するようになっている、請求項３０ないし３７のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項３９】
前記構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路は、前記第２のコネクタを介して前記インタフェース構築要素に接続されている前記構築要素の電気インピーダンスを検出するための回路を含む、請求項３８に記載のインタフェース構築要素。
【請求項４０】
前記インタフェース構築要素に接続されている前記構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路はさらに、前記接続されている構築要素の動作状態を検出するようになっており、且つ検出された動作状態を示す情報を前記第１のコネクタを介して前記データ処理システムに送信するようになっている、請求項３８又は３９に記載のインタフェース構築要素。
【請求項４１】
前記インタフェース構築要素は、さらに、前記第２のコネクタを介して前記玩具構築システムのセンサ構築要素からセンサ信号を受信するようになっており、前記センサ信号は、前記センサ構築要素によって検出される物理的なイベントを示す、請求項３０ないし４０のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項４２】
前記インタフェース構築要素を前記玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素の対応する結合手段と着脱可能に相互接続する結合手段を備える、請求項３０ないし４１のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素。
【請求項４３】
前記第２のコネクタは、前記構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を含む、請求項４２に記載のインタフェース構築要素。
【請求項４４】
前記結合手段は、突起と、摩擦係合で突起を収容するようになっている空洞とを備える、請求項４２又は４３に記載のインタフェース構築要素。
【請求項４５】
請求項３０ないし４４のいずれか１項に記載のインタフェース構築要素を備える玩具構築システム。
【請求項４６】
玩具構築システムであって、
・対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の構築要素と、
・出力信号をそれぞれ発生させるための１つ又は複数の出力構築要素と、
・１つ又は複数の機能構築要素をそれぞれ制御するための１つ又は複数の制御構築要素とを備え、
前記構築要素はそれぞれ、他の構築要素の対応するコネクタを介して該構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つの制御コネクタを含み、
前記機能構築要素はそれぞれ、制御信号を受信するための入力制御コネクタを含み、且つ受信した前記制御信号に応じて機能を実行するようになっており、前記出力構築要素はそれぞれ、前記出力信号を出力するための出力制御コネクタを含み、前記制御構築要素はそれぞれ、少なくとも１つの機能構築要素を制御するための制御信号を選択的に出力するようになっており且つ少なくとも１つの前記出力構築要素からの出力信号を受信するようになっている構成可能なコネクタを含み、前記制御構築要素は、前記構成可能なコネクタを介して前記制御構築要素に接続されている構築要素の少なくともタイプを検出するための回路を備え、前記制御構築要素は、検出されたタイプに応じて前記構成可能なコネクタを構成するようになっている、玩具構築システム。
【請求項４７】
前記構築要素の少なくともタイプを検出するための回路は、前記構成可能なコネクタを介して前記インタフェース構築要素に接続されている前記構築要素の電気インピーダンスを検出する回路を含む、請求項４６に記載の玩具構築システム。
【請求項４８】
少なくとも１つの前記出力構築要素は、物理的なイベントに応答する１つ又は複数の入力インタフェース／センサを備えるセンサ構築要素であり、且つ検出された物理的なイベントを示す出力信号を発生させるようになっている、請求項４６又は４７に記載の玩具構
築システム。
【請求項４９】
前記制御構築要素は、それぞれが少なくとも１つの機能構築要素を制御するための制御信号を選択的に出力するようになっており、且つ前記少なくとも１つの出力構築要素からの出力信号を受信するようになっている、２つの構成可能なコネクタを備える、請求項４６ないし４８のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項５０】
前記機能構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための前記少なくとも１つの制御コネクタは、前記機能構築要素の入力コネクタ及び出力コネクタを含む積み重ね可能なコネクタ要素である、請求項４６ないし４９のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項５１】
各機能構築要素の前記積み重ね可能なコネクタ要素は、該積み重ね可能なコネクタ要素の前記入力コネクタから前記積み重ね可能なコネクタ要素の前記出力コネクタへの直接制御信号経路を提供するように、前記入力コネクタを介して制御信号を受信するようになっており、且つ受信した前記制御信号を前記機能構築要素及び前記出力コネクタに送り込むようになっている、請求項５０に記載の玩具構築システム。
【請求項５２】
積み重ね可能なコネクタを含む各構築要素が、電気回路を含む構築要素本体を含み、前記積み重ね可能なコネクタ要素は、フレキシブルケーブルを介して前記電気回路に電気的に接続される、請求項５０又は５１に記載の玩具構築システム。
【請求項５３】
各積み重ね可能なコネクタ要素が、該積み重ね可能なコネクタ要素の前記入力制御コネクタを含む第１の接続側と、該第１の接続側とは反対の、前記積み重ね可能なコネクタ要素の前記出力制御コネクタを含む第２の接続側とを含む、請求項５０ないし５２のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項５４】
前記制御構築要素はさらに、前記構成可能なコネクタを介して電力を供給するように構成される、請求項４６ないし５３のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項５５】
前記機能構築要素は、出力制御コネクタを備え、該出力制御コネクタは、該出力制御コネクタに接続されている１つ又は複数の構築要素に電力を供給するために出力電力を提供するようになっている電力接点を含み、各構築要素の入力制御コネクタが、電力を受け取るようになっている電力接点を含む、請求項４６ないし５４のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項５６】
各構築要素が、構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を含む、請求項４６ないし５５のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項５７】
各コネクタが、構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を含む、請求項５６に記載の玩具構築システム。
【請求項５８】
前記結合手段は、突起と、摩擦係合で突起を収容するようになっている空洞とを備える、請求項５６又は５７に記載の玩具構築システム。
【請求項５９】
コンピュータプログラムコードを格納しているデータ処理システムをさらに備え、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムによって実行されると、該データ処理システムに、前記１つ又は複数の機能構築要素を制御するための１つ又は複数の論理コマンドを生成するためのプログラミング環境を提供させるようになっており、前記制御構築要素は、
・前記データ処理システムとのデータフロー接続を提供し且つ前記データ処理システムからの前記論理コマンドを受信する第１の接続手段と、
・前記論理コマンドを、前記少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
を備えるインタフェース構築要素であり、
前記インタフェース構築要素の前記構成可能なコネクタは、前記制御信号を出力するようになっている、請求項４６ないし４９のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項６０】
前記インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素に接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を検出するようになっており、且つ接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を示す情報を前記データ処理システムに送信するようになっており、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムに、前記接続されている機能構築要素の少なくとも存在に関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させるようになっている、請求項５９に記載の玩具構築システム。
【請求項６１】
前記第１の接続手段は、前記インタフェース構築要素を前記データ処理システムと電気的に接続し且つ前記データ処理システムからの前記論理コマンドを受信するための第１のコネクタを備える、請求項５９又は６０に記載の玩具構築システム。
【請求項６２】
前記インタフェース構築要素はさらに、前記第１のコネクタを介して前記データ処理システムから電力を受け取るように構成される、請求項６１に記載の玩具構築システム。
【請求項６３】
前記インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素による電力出力を制御するための電力制御回路を備える、請求項６２に記載の玩具構築システム。
【請求項６４】
前記電力制御回路は、前記データ処理システムから受け取られる電流及び前記インタフェース制御要素によって出力される電圧の少なくとも一方を監視するようになっており、且つ監視されている電流又は監視されている電圧がそれぞれの所定の閾値を超える場合に前記第２のコネクタを介して電流出力を少なくとも減らすようになっている、請求項６３に記載の玩具構築システム。
【請求項６５】
前記電力制御回路は、前記データ処理システムから受け取られる電流及び前記インタフェース制御要素によって出力される電圧を監視するようになっており、且つ監視されている電流が所定の閾値を超える場合に前記第２のコネクタを介して電流出力を減らすようになっており、且つ前記第２のコネクタを介して電力出力を止めるようになっている、請求項６４に記載の玩具構築システム。
【請求項６６】
前記電力制御回路は、電流発生器を備える、請求項６３ないし６５のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項６７】
前記第１の接続手段は、ユニバーサルシリアルバス接続を含む、請求項６１ないし６６のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項６８】
前記インタフェース構築要素は、前記第２の接続手段を介して該インタフェース構築要素に接続されている構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路を備え、且つ、検出された構築要素の存在及びタイプを示す情報を前記第１の接続手段を介して前記データ処理システムに送信するようになっており、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムに、前記構築要素の少なくとも存在及びタイプに関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させるようになっている、請求項５９ないし６７のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項６９】
前記インタフェース構築要素に接続されている前記構築要素の少なくとも存在及びタイプを検出するための回路はさらに、接続されている前記構築要素の動作状態を検出するようになっており、且つ検出された該動作状態を示す情報を前記第１の接続手段を介して前記データ処理システムに送信するようになっている、請求項６８に記載の玩具構築システム。
【請求項７０】
前記適合プログラミング環境は、前記インタフェース構築要素に接続されている少なくとも１つの構築要素の存在、タイプ、及び動作状態の少なくとも１つを前記データ処理システムのユーザに示すように構成される、請求項５９ないし６８のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項７１】
前記適合プログラミング環境は、前記インタフェース構築要素に接続されている少なくとも１つの構築要素の存在に応じた文脈依存ヘルプを前記データ処理システムのユーザに提供するように構成される、請求項７０に記載の玩具構築システム。
【請求項７２】
前記プログラミング環境は、ビジュアルプログラミング環境を含む、請求項５９ないし７１のいずれか１項に記載の玩具構築システム。
【請求項７３】
前記ビジュアルプログラミング環境は、プログラム構築用の所定の空間文法に従ってユーザによって操作され得るアイコン要素を含み、前記ビジュアルプログラミング環境は、接続されている構築要素の検出されたタイプに応じて条件付けられる前記アイコン要素の少なくともサブセットを有効化するようになっている、請求項７２に記載の玩具構築システム。
【請求項７４】
前記ビジュアルプログラミング環境は、プログラム構築用の所定の空間文法に従ってユーザによって操作され得るアイコン要素を含み、前記ビジュアルプログラミング環境は、接続されている構築要素の検出された動作状態に応じて前記アイコン要素の少なくともサブセットの外観を変えるようになっている、請求項７２又は７３に記載の玩具構築システム。
【請求項７５】
玩具構築システム用の制御構築要素であって、前記玩具構築システムは、対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素と、出力信号をそれぞれ発生させるための１つ又は複数の出力構築要素と、１つ又は複数の機能構築要素をそれぞれ制御するための１つ又は複数の制御構築要素とを含む複数の構築要素を備え、該構築要素はそれぞれ、他の構築要素の対応するコネクタを介して前記構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つの制御コネクタを含み、前記機能構築要素はそれぞれ、制御信号を受信するための入力制御コネクタを含み、且つ受信した前記制御信号に応じて機能を実行するようになっており、前記出力構築要素はそれぞれ、前記出力信号を出力するための出力制御コネクタを含み、
前記制御構築要素はそれぞれ、少なくとも１つの機能構築要素を制御するための制御信号を選択的に出力するようになっており且つ少なくとも１つの前記出力構築要素からの出力信号を受信するようになっている構成可能なコネクタを含み、前記制御構築要素は、前記構成可能なコネクタを介して前記制御構築要素に接続されている構築要素の少なくともタイプを検出するための回路を備え、前記制御構築要素は、検出されたタイプに応じて前記構成可能なコネクタを構成するようになっている、玩具構築システム用の制御構築要素。
【請求項７６】
玩具構築システム用のインタフェース構築要素であって、前記玩具構築システムは、対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の着脱可能に相互接続可能な構築要素を備え、前記機能構築要素はそれぞれ、前記玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素と通信する制御接続手段を含み、
該インタフェース構築要素は、
・コンピュータプログラムコードを格納しているデータ処理システムとのデータフロー接続を提供する第１の接続手段であって、前記コンピュータプログラムコードは、前記データ処理システムによって実行されると、該データ処理システムに、前記１つ又は複数の機能構築要素を制御するための１つ又は複数の論理コマンドを生成するためのプログラミング環境を提供させるようになっており、該第１の接続手段は、前記データ処理システムからの前記論理コマンドを受信するようになっている、第１の接続手段と、
・前記論理コマンドを、前記少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
・前記機能構築要素の前記制御接続手段を介して前記少なくとも１つの機能構築要素との制御接続を提供し、且つ前記制御信号を出力する第２の接続手段と、
を備え、
該インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素に着脱可能に接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を検出するようになっており、且つ接続されている前記機能構築要素の少なくとも存在を示す情報を前記データ処理システムに送信するようになっていることにより、前記コンピュータプログラムコードが、前記データ処理システムに、前記接続されている機能構築要素の少なくとも存在に関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させることを可能にする、玩具構築システム用のインタフェース構築要素。
【請求項７７】
プログラムコード手段を備えるコンピュータプログラムであって、前記プログラムコード手段は、データ処理システムで実行されると、該データ処理システムに、プログラム環境を提供して、
・玩具構築システムの１つ又は複数の機能構築要素を制御するための１つ又は複数の論理コマンドの生成であって、前記玩具構築システムは、対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の着脱可能に相互接続可能な構築要素を含み、前記機能構築要素はそれぞれ、前記玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素と通信する制御接続手段を含む、論理コマンドの生成、
・前記玩具構築システムのインタフェース構築要素への、生成された前記論理コマンドの通信、
・前記インタフェース構築要素からの、該インタフェース構築要素に着脱可能に接続されている機能構築要素の少なくとも存在を示す情報の受信、及び
・前記接続されている機能構築要素の少なくとも存在に関して受信した情報に応じた前記プログラミング環境の適合、
を行わせるようになっている、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を有する構築要素を備える玩具構築システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような玩具構築（CONSTRUCTION：組立）システムは数十年にわたって知られている。単純な建造ブロック（building blocks：組立ブロック、積み木ブロック）には、遊びの価値を高めるための特有の外観、又は機械的な機能若しくは電気的な機能を有する専用の構築要素が追加されている。このような機能には、例えば、モータ、スイッチ、及びランプが含まれるが、センサからの入力を受け取り且つ受け取ったセンサ入力に応答して機能要素を起動することができるプログラム可能なプロセッサも含まれる。
【０００３】
事前構成された機能を実行するようになっている機能デバイスと、機能を実行するためにエネルギーを機能デバイスに提供するためのエネルギー源と、外部のトリガイベントに応答して機能を実行するよう機能デバイスをトリガするためのトリガとを有する自己完結型の（self-contained）機能構築要素が存在する。通常、このような既知の機能構築要素は、トリガを手動で起動するように設計されており、限られた遊びの価値しか提供しない。
【０００４】
対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素と、１つ又は複数の機能構築要素をそれぞれ制御するための１つ又は複数の制御構築要素とを含む複数の構築要素を備え、各構築要素が、別の構築要素の対応するコネクタを介して構築要素をその別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つのコネクタを含み、コネクタが、少なくとも１つの制御信号接点を含む、玩具構築システムが存在する。
【０００５】
面白い遊び体験を提供するために、ユーザが外見及び機能性の異なる多種多様なモデルを構築することを可能にするような玩具構築システムを提供することが、一般に望ましい。
【０００６】
プログラム可能な玩具は、例えばLEGO MINDSTORMSによる製品ＲＯＢＯＴＩＣＳ  ＩＮＶＥＮＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭから既知であり、これは、無条件動作及び条件付き動作を行うようにコンピュータによってプログラムされ得る玩具である。
【０００７】
しかしながら、プログラムを記憶及び実行するための中央処理装置を有する精巧な構築要素が必要であることにより、システムが比較的高価になることが、上記の従来技術の玩具の問題である。
【０００８】
特許文献１は、異った入力ユニット及び出力ユニットを含むモジュラ玩具構築システムを開示している。これらのユニットは、送受信機／コントローラモジュールに接続され、これがさらに、モジュラユニットを制御することができるコンピュータと通信する。
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術のシステムは、比較的複雑な構成及びプログラミングプロセスを必要とし、プログラムの生成には、所望の挙動をプログラムするために比較的高レベルのコンピュータ精通度及び比較的高レベルの抽象認知能力が必要となることにより、このような玩具は年長の子供及び／又はコンピュータに精通している子供に制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，７７３，３２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、さまざまな異なる方法で、且つ子供が容易に理解できる方式で、構成及び制御することができる機能要素を含む玩具構築システムを提供することが望ましい。
【００１２】
システム内で用いるのに適しており且つシステムの遊びの価値を高めることになる新たな構築要素を有する玩具構築システムを提供することが、さらに望ましい。
【００１３】
高い製造費を必要とせずに高い遊びの価値を提供する、玩具構築システム及び該システム内で用いるのに適した構築要素を提供することが、さらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の実施の様態によると、本発明の実施の形態は、玩具構築システムであって、
対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の構築要素であって、機能構築要素はそれぞれ、該玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素と通信する制御接続手段を含む、複数の構築要素と、
コンピュータプログラムコードを記憶しているデータ処理システムであって、コンピュータプログラムコードは、データ処理システムによって実行されると、該データ処理システムに、１つ又は複数の機能構築要素を制御するための１つ又は複数の論理コマンドを生成するためのプログラミング環境を提供させるようになっている、データ処理システムと、
インタフェース構築要素であって、
・データ処理システムとのデータフロー接続を提供し、且つデータ処理システムからの論理コマンドを受信する第１の接続手段と、
・論理コマンドを、少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
・機能構築要素の制御接続手段を介して少なくとも１つの機能構築要素との制御接続を提供し、且つ制御信号を出力する第２の接続手段と、
を備える、インタフェース構築要素とを備え、
インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素に接続されている機能構築要素の少なくとも存在を検出するようになっており、且つ接続されている機能構築要素の少なくとも存在を示す情報をデータ処理システムに送信するようになっており、コンピュータプログラムコードは、データ処理システムに、接続されている機能構築要素の少なくとも存在に関して受信した情報に応じて適合プログラミング環境を提供させるようになっている、玩具構築システムに関する。
【００１５】
インタフェース構築要素は、周期的に、データ処理システムによる要求に応じて、且つ／又は別の適当な方法で情報を送信することができる。
【００１６】
その結果、ユーザは、最初に退屈なセットアップ及び構成プロセスを経る必要なく新たに構築された構造の可能性を即座に探り始めることができる。インタフェース建造要素が、接続された構築要素を自動的に検出すると、例えば、文脈依存ヘルプの提供、検出された構築要素等に応じた特定の機能又は表示の有効化／無効化等を行うように、プログラミング環境が、接続されたデバイスに適合させられ得る。その結果、コンピュータソフトウェア及びハードウェアの経験が浅いユーザでも、コンピュータから構築された構造を制御する方法を容易に学ぶことができる。
【００１７】
すべての高度（advanced）論理がデータ処理システムによって実行される一方で、インタフェース構築要素がインタフェース要素として動作するにすぎないことにより、低複雑度の安価な構成要素からのインタフェース構築要素の生産が可能になることが、さらに有利である。
【００１８】
インタフェース構築要素が、接続された構築要素のタイプ及び／又は動作状態に関する情報をさらに検出して送信すると、プログラミング環境は、例えば、接続された構築要素及び各自の動作状態のグラフィック表現及び／又はアイコン表現を表示することによってさらに適合させられ得る。
【００１９】
第１の接続手段は、インタフェース構築要素をデータ処理システムと電気的に接続し且つデータ処理システムからの上記論理コマンドを受信するための、第１のコネクタを備えることにより、単純で確実な接続を提供することができる。
【００２０】
インタフェース構築要素が、データ処理システムから第１のコネクタを介して電力を受け取るようにさらに構成される場合、インタフェース構築要素に電源を追加する必要がない。
【００２１】
接続は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）接続、ファイヤワイヤ（firewire）接続等、例えばバイシリアル伝送（bi-serial transmission）を用いたケーブルによるコンピュータと外部周辺機器との間の通信に適した外部周辺機器インタフェース規格に従った接続を含み得る。
【００２２】
いくつかの実施の形態では、プログラミング環境は、ビジュアルプログラミング環境を含むことにより、経験不足のユーザにも用いやすいシステムを提供する。
【００２３】
概して、ビジュアルプログラミング言語（ＶＰＬ）は、プログラム要素をテキストで指定するのではなくグラフィカルに操作することによってユーザにプログラムを指定させるプログラミング言語である。ＶＰＬは、視覚表現、グラフィックシンボルの空間的配置及び場合によってはテキストによるプログラミングを可能にする。多くのＶＰＬは、例えば直接又は線、矢印等によって相互接続されるアイコン要素又はシンボル要素等のアクティブ表示オブジェクトに基づく。ＶＰＬの例には、アイコンベースの言語、フォームベースの言語、及びダイアグラム言語が含まれる。ビジュアルプログラミング環境という用語は、コンピュータプログラム又は他の形態のコンピュータ実行可能命令を定義するようにユーザによって操作されることができるグラフィック要素又はアイコン要素を提供するプログラミング環境を指すためのものである。要素の操作は、通常は対話型であり、通常はプログラム構築用の所定の空間文法に従う。
【００２４】
いくつかの実施の形態では、制御接続手段は、玩具構築システムの別の構築要素の対応するコネクタを介して機能構築要素をその別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つのコネクタを備える。コネクタは、少なくとも１つの制御信号接点／端子／ポートを含み得る。
【００２５】
いくつかの実施の形態では、機能構築要素は、制御可能な機能要素であり、制御信号を受信するための入力コネクタを含み、且つ受信した制御信号に応じて機能を実行するようになっており、受信した制御信号を転送するようになっている出力コネクタを含む。その結果、相互接続された機能構築要素のシーケンス（sequence：列）又はチェーンを得るように機能構築要素同士を単に接続することによって、複数の機能構築要素が、単一のインタフェース構築要素を介してデータ処理システムによって制御され得る。こうして、機能構築要素のシーケンスの最初の要素に送り込まれるインタフェース構築要素からの制御信号が、追加の配線又はプログラミング／構成の必要なく、すべての機能構築要素に転送される。
【００２６】
したがって、機能構築要素は、事前構成された機能を実行するようになっている機能デバイスを含むことができ、この機能は、例えば、機械的機能及び／又は電気的機能を含むさまざまな可能な機能から選択され得る。
【００２７】
第２の様態によると、玩具構築システム用のインタフェース構築要素であって、玩具構築システムはそれぞれ、対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の構築要素を備え、各機能構築要素が、玩具構築システムの別の構築要素の対応するコネクタを介して機能構築要素を別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つのコネクタを含み、インタフェース構築要素は、
・インタフェース構築要素をデータ処理システムと電気的に接続し、且つ玩具構築システムの１つ又は複数の機能構築要素を制御するようにデータ処理からの論理コマンドを受信するための第１のコネクタと、
・論理コマンドを少なくとも１つの機能構築要素の機能を制御するための制御信号に変換するようになっている処理ユニットと、
・インタフェース構築要素を少なくとも１つの機能構築要素の少なくとも１つのコネクタの１つと電気的に接続し、且つ制御信号を出力するための第２のコネクタとを備え、
第１のコネクタはさらに、機能構築要素の機能を駆動するためにデータ処理システムから電力を受け取るようになっており、第２のコネクタはさらに、受け取った電力を出力するようになっており、インタフェース構築要素は、該インタフェース構築要素による電力出力を制御するための電力制御回路を備える、玩具構築システム用のインタフェース構築要素が本明細書に開示される。
【００２８】
したがって、さまざまな構築要素のすべてが、インタフェース構築要素を介してデータ処理システムから電力供給されるため、これらにバッテリ等の別個の電源は必要ない。これにより、ユーザが多数のバッテリを購入及び交換する必要がないため、要素の生産費が減ると同時に、遊びの価値が高まり所有経費が減る。
【００２９】
電力制御回路を設けることで、データ処理システムによって提供される電源に過負荷をかけることなく、ユーザが多種多様のさまざまな数の機能構築要素及び他のタイプの構築要素をインタフェース構築要素に接続することができる、開放型の玩具構築システムを可能にする。
【００３０】
第３の様態によると、玩具構築システムであって、
・対応する機能をそれぞれ実行するための１つ又は複数の機能構築要素を含む複数の構築要素と、
・出力信号をそれぞれ発生させるための１つ又は複数の出力構築要素と、
・１つ又は複数の機能構築要素をそれぞれ制御するための１つ又は複数の制御構築要素とを備え、
各構築要素が、別の構築要素の対応するコネクタを介して該構築要素を該玩具構築システムの別の構築要素と電気的に接続するための少なくとも１つのコネクタを含み、
各機能構築要素が、制御信号を受信するための入力コネクタを含み、且つ受信した制御信号に応じて機能を実行するようになっており、各出力構築要素が、出力信号を出力するための出力コネクタを含み、各制御構築要素が、少なくとも１つの機能構築要素を制御するための制御信号を選択的に出力するようになっており且つ少なくとも１つの出力構築要素からの出力信号を受信するようになっている構成可能なコネクタを含む、玩具構築システムが本明細書に開示される。したがって、制御構築要素のコネクタは、データ入出力コネクタとして選択的に動作可能であるため、コネクタを入力又は出力として手動構成する必要なく、機能構築要素及びセンサ構築要素等の出力構築要素の両方を同じコネクタに接続することを可能にする。その結果、遊戯構造の構築における配線誤りの危険性が大幅に減り、これは、構築された構造が即座に目的通りに機能しない場合に不満を感じやすい子供に関して特に非常に有利である。さらに、構成可能なコネクタは、すべてのコネクタで同じ物理的設計の利用を可能にするため、より費用効率の高い生産が可能になる。
【００３１】
制御構築要素は、本明細書に記載のようなインタフェース構築要素であってもよく、又は１つ又は複数の機能構築要素を制御する別個の、例えば自己完結型又は自律型の制御構築要素であってもよい。
【００３２】
いくつかの実施の形態では、構築要素の少なくとも１つの出力コネクタは、１つ又は複数の構築要素に電力を供給するための出力電力を提供するようになっている電力接点を含み、各構築要素の入力コネクタは、電力を受け取るようになっており且つ場合によっては受け取った電力を機能構築要素に送り込むようになっている電力接点を含む。その結果、本明細書に記載のようなデータ処理システムからインタフェース構築要素を介して受け取られた電力は、複数の他の構築要素に供給され得る。
【００３３】
代替的又は付加的に、電力を提供するためだけに電源構築要素が設けられてもよく、又は電源構築要素が、その出力コネクタを介して電力及び制御信号の両方を供給してもよい。したがって、電源要素は、制御構築要素としてさらに機能し得る。
【００３４】
構築要素を他の構築要素と電気的に接続するためのコネクタは、個々のワイヤ又はケーブルの導体を終端又は接続するため及び導体を嵌合コネクタに延長する手段を提供するための、プラグ若しくはレセプタクル又は任意の他の適当なデバイスの形態であり得る。この目的で、コネクタは、所定の方式、すなわち所定の数、間隔、配置等でコネクタ本体に配置される複数の接点を含み得る。各接点は、電気エネルギー及び／又は制御信号を伝達する目的でコネクタを嵌め合わせたときに別のコネクタの対応する接点と電気接触するように構成される、任意の適当な導電性要素として提供され得る。
【００３５】
各機能構築要素が、機能構築要素の入力コネクタ及び出力コネクタを含む積み重ね可能な（stackable：スタッカブル）コネクタ要素を含む場合、複数の異なる機能構築要素、出力構築要素、センサ構築要素、及び／又は制御構築要素の容易な接続を可能にする一様な接続手段が設けられる。特に、機能構築要素又は制御構築要素等の形状及びサイズに関係なく、一様な積み重ね可能なコネクタ要素が一様な接続手段を提供する。
【００３６】
特に、一実施の形態では、積み重ね可能なコネクタを含む各構築要素が、電気回路を含む構築要素本体を含み、積み重ね可能なコネクタ要素は、延長ケーブル、例えばフレキシブルケーブルを介して電気回路に電気的に接続される。その結果、積み重ね可能なコネクタ要素が電源構築要素及び／又はインタフェース構築要素及び／又は制御構築要素を起点とする積み重ね可能なコネクタ要素のスタックに通常接続される接続点から変位した位置に、構築要素本体を配置することができる。その結果、玩具モデルの構築時により大きな融通性が得られる。さらに、積み重ね可能なコネクタ要素がフレキシブル延長ケーブルによって機能構築要素又は制御構築要素の構築要素本体に接続される場合、構築要素本体の形状及びサイズ、並びに玩具構築モデル内でのその配置に関してより大きな融通性が得られる。特に、構築要素本体の形状、サイズ、及び配置は、別のコネクタへの接続のためにコネクタにアクセス可能でなければならないという要件による制限を受けない。
【００３７】
積み重ね可能なコネクタが、積み重ね可能なコネクタの入力コネクタから電力を受け取るようになっており、且つ受け取った電力を積み重ね可能なコネクタ要素の出力コネクタに送り込むようになっている場合、制御信号によって提供される電力よりも多くの電力を必要とする機能構築要素に別個の電力を分配するために追加の配線は必要ない。
【００３８】
いくつかの実施の形態では、各機能構築要素の積み重ね可能なコネクタ要素は、積み重ね可能なコネクタ要素の入力コネクタから積み重ね可能なコネクタ要素の出力コネクタへの直接制御信号経路を提供するように、入力コネクタからの制御信号を受信するようになっており、且つ受信した制御信号を機能構築要素及び出力コネクタに送り込むようになっている。したがって、コネクタ要素を互いに重なり合い又は任意の他の適当な向きで、例えば互いの隣に重ね合わせることによって、機能構築要素のチェーンを一様に確立しやすくすることができる。インタフェース構築要素等の制御構築要素は、連続したシーケンス／スタック内の制御構築要素の出力コネクタから分岐するすべての機能構築要素にこうして影響を及ぼし得る。
【００３９】
いくつかの実施の形態では、玩具構築システムの複数の構築要素は、１つ又は複数のセンサ構築要素をさらに備え、センサ構築要素は、物理的なイベントに応答する１つ又は複数の入力インタフェース及び／又はセンサをそれぞれが備え、且つ玩具構築システムの１つ又は複数の他の構築要素と通信して検出された物理的なイベントを示す出力信号を出力する出力接続手段をそれぞれが備える。入力インタフェース及び／又はセンサは、ユーザ又は別のデバイスからの入力の検出、環境の特性の感知等に適した任意の適当な回路、デバイス、又は装置を備え得る。
【００４０】
このような起動インタフェース／センサの例は、押しボタン、スライド、又は他の機械的スイッチ、振動センサ、傾斜センサ、タッチセンサ、衝撃センサ、光センサ、近接検出器、温度計、マイクロフォン、圧力センサ、空気圧センサ、バスブリッジ、誘導入力、例えば、タグ、無線受信機、カメラ、赤外線遠隔制御装置等の遠隔制御システムの受信機等によって起動される入力、又はそれらの組み合わせを含む。したがって、ユーザ定義関数を起動するための単純なモジュラ機構が設けられることにより、さまざまな面白い遊びのシナリオが提供される。
【００４１】
いくつかの実施の形態では、玩具構築システムは延長要素をさらに含み、延長要素は、積み重ね可能なコネクタ要素、さらなる出力コネクタ、及び延長ケーブル／ワイヤ等の電気的延長要素を備える。積み重ね可能なコネクタ要素は、入力コネクタ及び出力コネクタを含み、延長要素の積み重ね可能なコネクタ要素は、積み重ね可能なコネクタ要素の入力コネクタからの制御信号を受信するようになっており、且つ受信した制御信号を電気的延長要素を介してさらなる出力コネクタに、また積み重ね可能なコネクタ要素の出力コネクタに送り込むようになっている。したがって、延長要素は、延長ケーブルとして、且つ／又は機能構築要素及び／又は制御構築要素の平行なスタック／シーケンスを分岐させるために用いられ得る。
【００４２】
本明細書に記載の機能構築要素、出力構築要素、センサ構築要素、制御構築要素、及び／又はインタフェース構築要素が、構築要素を他の構築要素と着脱可能に相互接続する結合手段を有する場合、これらは、玩具構築システムに適合可能であり、他の構築要素と共に用いることができる。本発明は、概して、構築要素を着脱可能に相互接続する結合手段を有する構築要素を備える玩具構築システムに適用可能である。さらに、本明細書に記載の構築要素のコネクタが、入力コネクタが出力コネクタにのみ接続可能であり出力コネクタが入力コネクタにのみ接続可能であるように構成される場合、故障、短絡等を回避するようにコネクタの正しい配線／接続を確保する機械的コーディングが設けられる。例えば、このような機械的コーディングは、コネクタの形態、コネクタにおける接点配置、接点の形態、追加の結合手段の設置等によって提供され得る。
【００４３】
玩具建造セットが、当該技術分野で既知の従来の建造ブロック等、電気コネクタがなく動作／機能を実行又は制御する能力のない受動的な構築要素等のさらなるタイプの構築要素を備えていてもよいことに留意されたい。
【００４４】
本発明の種々の態様は、上述の及び以下に述べる玩具建造セットとさらなる製品手段とを含む異なる方法で実施することができ、それぞれが、上述の態様の少なくとも１つに関連して説明した利益及び利点の１つ又は複数をもたらし、それぞれが、上述の態様の少なくとも１つに関連して説明され且つ／又は従属請求項に開示される好ましい実施の形態に対応する、１つ又は複数の好ましい実施の形態を有する。さらに、本明細書に記載の態様の１つに関連して説明される実施の形態が、他の態様にも同様に適用され得ることが認識されるであろう。
【００４５】
特に、本明細書に記載のような玩具構築システムをプログラムするためのプログラミング環境を提供する方法が提供される。さらに、データ処理システム上で実行されると本明細書に記載のような玩具構築システムをプログラムするためのプログラミング環境を提供させるようになっているプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム製品が提供される。
【００４６】
コンピュータプログラム製品は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、光ディスク、メモリカード、フラッシュメモリ、磁気記憶装置、フロッピーディスク（登録商標）、ハードディスク等のコンピュータ可読媒体として提供され得る。他の実施の形態では、コンピュータプログラム製品は、例えば、インターネット又は他のコンピュータ若しくは通信ネットワーク上のダウンロード用のウェブサーバ上の、ダウンロード可能なソフトウェアパッケージとして提供され得る。
【００４７】
データ処理システムは、ＰＣ、ポータブルコンピュータ又はハンドヘルドコンピュータ、ＰＤＡ、スマートフォン等のような、任意の適当なコンピュータ又は他の処理デバイスを含み得る。
【００４８】
ここ及び以下において、処理手段及び処理ユニットという用語は、本明細書に記載の機能を適切に実行するようになっている任意の回路及び／又はデバイスを含むことが意図される。特に、上記の用語は、汎用又は専用のプログラム可能なマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、専用電子回路等、又はそれらの組み合わせを含む。
【００４９】
したがって、所定の接続アーキテクチャに従った対応のコネクタセットによって相互接続可能である機能構築要素及び制御構築要素を備える建造セットが提供される。建造セットは、ユーザが一様な方式で、且つ異なる構築要素の限られたセットで、多種多様な機能及び機能関係を構築することを可能にする。さらに、いくつかの実施の形態によれば、ユーザが、構築された構造をデータ処理システムから容易に制御することができる。本明細書に記載の玩具構築セットは、教育的文脈で、例えば、玩具構築要素から構築された単純な構造をコンピュータからプログラム及び制御する学習シナリオを実施するときに、非常に有用であることが分かっている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１ａ】従来技術の玩具建造ブロックを示す。
【図１ｂ】従来技術の玩具建造ブロックを示す。
【図１ｃ】従来技術の玩具建造ブロックを示す。
【図１ｄ】従来技術の玩具建造ブロックを示す。
【図２ａ】機能玩具構築ブリックの例を概略的に示す。
【図２ｂ】機能玩具構築ブリックの例を概略的に示す。
【図２ｃ】機能玩具構築ブリックの例を概略的に示す。
【図２ｄ】機能玩具構築ブリックの例を概略的に示す。
【図２ｅ】機能玩具構築ブリックの例を概略的に示す。
【図２ｆ】機能玩具構築ブリックの例を概略的に示す。
【図３ａ】センサ構築要素の例を概略的に示す。
【図３ｂ】センサ構築要素の例を概略的に示す。
【図３ｃ】センサ構築要素の例を概略的に示す。
【図３ｄ】センサ構築要素の例を概略的に示す。
【図４】センサ構築要素の例を示す。
【図５】センサ構築要素の例を示す。
【図６ａ】インタフェース構築要素の例を示す。
【図６ｂ】インタフェース構築要素の例を示す。
【図６ｃ】インタフェース構築要素の例を示す。
【図７】傾斜センサ及び近接検出器がインタフェースブリックの各コネクタに接続されている構造の例を示す。
【図８ａ】玩具建造ブリックのさらなる例を示す。
【図８ｂ】玩具建造ブリックのさらなる例を示す。
【図８ｃ】玩具建造ブリックのさらなる例を示す。
【図９ａ】本明細書に記載のような玩具構築システムから構築された構造の例の概略ブロック図を示す。
【図９ｂ】本明細書に記載のような玩具構築システムから構築された構造の例の概略ブロック図を示す。
【図９ｃ】本明細書に記載のような玩具構築システムから構築された構造の例の概略ブロック図を示す。
【図１０ａ】本明細書に記載のような玩具構築システムのためのビジュアルプログラミング環境のユーザインタフェースの例を示す。
【図１０ｂ】本明細書に記載のような玩具構築システムのためのビジュアルプログラミング環境のユーザインタフェースの例を示す。
【図１０ｃ】本明細書に記載のような玩具構築システムのためのビジュアルプログラミング環境のユーザインタフェースの例を示す。
【図１０ｄ】本明細書に記載のような玩具構築システムのためのビジュアルプログラミング環境のユーザインタフェースの例を示す。
【図１１】知能構築要素の概略ブロック図を示す。
【図１２】制御構築要素、例えばインタフェース構築要素に接続されたいくつかの知能構築要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明の実施形態は、ブリックの形態の玩具構築要素を用いて主に説明される。しかしながら、本発明は、玩具建造セットで用いられる他の形態の構築要素に適用されてもよい。
【００５２】
図１ａ〜図１ｄは、上面上の結合スタッド及び底部からブリック内へ延びている空洞をそれぞれが備える玩具建造ブリックの例を示している。空洞は、中央管を有し、別のブリック上の結合スタッドを、米国特許第３，００５，２８２号明細書に開示されているように摩擦係合で空洞内に収容することができる。図１ａ及び図１ｂは、上部側及び底部側を含むこのような玩具建造ブリックの例の斜視図を示している。図１ｃ及び図１ｄは、他のこのような従来技術の建造ブリックを示している。残りの図に示されている建造ブリックは、協働するスタッド及び空洞の形態でのこの既知のタイプの結合手段を有する。しかしながら、他のタイプの結合手段を用いることもできる。
【００５３】
図２ａ〜図２ｆは、機能構築要素の例を概略的に示している。
【００５４】
図２ａは、機能ブリック２０１の形態の主機能構築要素本体と、ワイヤ２１２及び２１３を含むフレキシブルケーブル２０３を介して機能ブリック２０１に接続されている積み重ね可能なコネクタ２０２とを含む、全体的に２００で示す機能構築要素を概略的に示している。機能ブリックは、上面上の結合スタッド２０５及び底面内の対応する空洞（明確には図示せず）を有する。機能ブリック２０１は、以下でより詳細に説明するように、積み重ね可能なコネクタ２０２の端子２１０及び延長ケーブル２０３のワイヤ２１２を介して電力を受け取り、且つ積み重ね可能なコネクタ２０２の端子２１１及び延長ケーブル２０３のライン２１３を介して制御信号を受信する機能デバイス２０４を含み、電気的機能デバイス２０４は、事前構成された機能、例えば機械的又は電気的な機能を実行する。一実施形態では、制御信号はそれぞれ、バイナリ値０及び１を有し得る。
【００５５】
本明細書に記載の機能構築要素が実行できる事前構成された機械的機能の例は、回転出力シャフトを駆動すること、物体を機能ブリックに引き寄せることを可能にする紐又はチェーンを巻きあげること、例えばドアの開閉、物体の排出等を可能にする機能ブリックのヒンジ部品を高速又は低速で動かすこと等による、運動／動作を含む。このような機械的動作は、図２ｂに示すような電気モータによって駆動され得る。図２ｂは、ライン２１２を介して受け取られる電力によって駆動されるモータ２３０を含む機能デバイス２０４の例の配線図を示している。モータ２３０は、ライン２１３を介して受信される制御信号Ｃ１、Ｃ２に応じて、制御回路２３１によって制御される。
【００５６】
モータが、電力ライン２１２からの電力によって駆動されてもよく、又は図２ｃに示すように、制御信号Ｃ１及びＣ２によって直接駆動されてもよいことが認識されるであろう。ライン２１２を介した別個の電力供給は、電圧の極性が一定且つ明確であるような供給を可能にする。
【００５７】
図２ｃは、制御信号Ｃ１、Ｃ２によって制御及び駆動されるモータ２３０を含む機能デバイス２０４の別の例の配線図を概略的に示している。したがって、この例では、制御信号がモータを動作させるのに十分であるため、機能デバイスは、ライン２１２を介して別個の電力を受け取らない。
【００５８】
本明細書に記載の機能構築要素が実行できる事前構成された電気的機能の例は、アクセス可能な端子を有するスイッチを操作すること、可視光信号を発生させること、一定の光又は点滅する光を発すること、複数のランプを所定の順序で起動すること、電気信号を発生させること、不可視光信号を発生させること、ビープ、アラーム、ベル、サイレン、音声メッセージ、音楽、合成音、遊び活動をシミュレート及び刺激する自然音又は模倣音等の可聴音を発すること、音を録音及び再生すること、超音波等の不可聴音を発すること、別の構成要素によって受信される無線周波数信号又は赤外線信号を発すること等、又は上記の組み合わせを含む。
【００５９】
機能ブリックは、事前構成された機能を有し得るが、機能は、ユーザがプログラムするか又は他の方法で決定若しくは左右することもできる。
【００６０】
図２ｄは、制御信号Ｃ１、Ｃ２によって制御及び駆動されるＬＥＤ２３４を含む機能デバイス２０４の例の配線図を概略的に示している。したがって、この例では、制御信号がＬＥＤを動作させるのに十分であるため、機能デバイスは、ライン２１２を介して別個の電力を受け取らない。代替的に、ＬＥＤは、制御信号Ｃ１及び／又はＣ２によって制御されるスイッチを介して、ライン２１２を介して受け取られる電力によって駆動されてもよい。
【００６１】
図２ｅには、機能デバイス２０４がスイッチ２７１であり得ることが示されている。スイッチ２７１は、常時開スイッチ又は常時閉スイッチとすることができ、その端子２７２を、上面上の結合スタッドに、又は他の建造ブリックの結合スタッドに係合することが意図される空洞内の表面に接続することができる。スイッチは、上述のような論理回路２３１を介してライン２１３を介して受信される制御信号によって制御される。スイッチ２７１が閉じると、電力ライン２１２上の電圧が端子２７２に印加される。論理回路２３１は、電力ライン２１２から電力をさらに受け取る。
【００６２】
図２ｆは、機能構築要素が、マイクロプロセッサ又は他の処理デバイス／論理ユニットを含む知能構築要素、例えば、その動作状態に関するフィードバック等のフィードバックを提供する機能デバイスであり得ることを示している。特に、図２ｆは、ライン２１２ａ、２１２ｂを介して受け取られた電力によって駆動されるモータ２３０を含む機能デバイス２０４の例のブロック図を示している。モータ２３０は、２１３で示すＣ１及びＣ２を介して受信される制御信号に応じて、制御回路／モータドライバ２３１を介してマイクロプロセッサ２６３によって制御される。機能デバイスは、モータの速度を測定するためのエンコーダユニット２６４又は他のデバイスをさらに備える。エンコーダ２６４からの信号は、マイクロプロセッサに返送され、マイクロプロセッサが、エンコーダ信号をモータの速度を示す信号に変換し得る。マイクロプロセッサは、例えば周期的に、又はＣ１及びＣ２を介して受信した対応する要求信号に応じて、求められた速度をＣ１及びＣ２を介して出力する。したがって、図２ｆの機能デバイスは、速度計機能を含むモータブリックの例である。
【００６３】
概して、機能デバイスは、制御信号を異なる方法で解釈してもよい。一実施形態では、制御信号Ｃ１及びＣ２はそれぞれ、例えば２つの電圧レベル「高」及び「低」又は「オン」及び「オフ」でそれぞれ表されるバイナリ値０及び１を有し得る。例えば、図２ｃの例では、モータ２３０は、以下の表に従って制御され得る。
制御信号値                    モータ制御
（Ｃ１、Ｃ２）＝（０、０）    モータオフ
（Ｃ１、Ｃ２）＝（１、０）    モータオン順方向
（Ｃ１、Ｃ２）＝（０、１）    モータオン逆方向
（Ｃ１、Ｃ２）＝（１、１）    モータ一時停止
【００６４】
機能デバイスが２つの異なる音を再生するように構成可能なサウンドジェネレータを含む別の例では、機能デバイスは、例えば個々の制御信号Ｃ１及びＣ２それぞれの立上りフランク（すなわち、０から１への遷移）に応答して、例えば、
Ｃ１  ０→１    音１を再生
Ｃ２  ０→１    音２を再生
に従って、選択された一方の音を再生するようになっていてもよい。
【００６５】
したがって、概して、機能デバイスは、上記機能又は代替的な機能の１つ又は複数を実行するようになっている任意の適当な機械的及び／若しくは電気的なデバイス、装置、又は回路を備え得る。機能デバイスの例には、ランプ又はＬＥＤ等の光源、サウンドジェネレータ、拡声器、サウンドカード、又は他の音声源、モータ、歯車、ヒンジ部品、回転可能なシャフト、信号発生器、弁、空気圧制御部、形状記憶合金、圧電性結晶、電磁石、リニアアクチュエータ、ラジオ、ディスプレイ、マイクロプロセッサ等が含まれる。
【００６６】
積み重ね可能なコネクタ要素２０２は、雄入力コネクタ２０６及び雌出力コネクタ２０７の両方を含む。コネクタは、コネクタ要素を積み重ね可能にするように、コネクタ要素の両側に位置決めされる。特に、本例では、雄入力コネクタが底部側に位置決めされる一方で、雌コネクタは積み重ね可能なコネクタ要素の上側に位置決めされている。入力コネクタ及び出力コネクタは、それぞれ２１０、２１１、及び２０８、２０９で示す４つの接点を含む。電力を受け取るための接点２１０は、対応する出力接点２０８に接続され且つライン２１２を介して機能デバイス２０４に接続される。制御信号を受信するための接点２１１は、対応する出力接点２０９に接続され且つライン２１３を介して機能デバイス２０４に接続される。接点が対応する他方のコネクタの正しい対応する接点に常に接続されるように、入力コネクタ２０６及び出力コネクタ２０７が機械的にコーディングされることが概して好ましい。
【００６７】
玩具建造セットのすべての機能構築要素が、制御入力及び電力入力を一様に提供及び転送する対応の積み重ね可能なコネクタ要素を含む場合、このような機能ブリックは、本明細書に記載の建造ブリックから組み立てられる玩具構築体内で容易に交換することができる。例えば、構築体の他の部品を一切変える必要なく、ランプを含む機能ブリックを音源又は拡声器を含む機能ブリックと単純に交換することができるが、これは、これら両方の機能ブリックが同じ方法で起動されるためである。
【００６８】
各構築要素がその入力コネクタの入力接点の１つ又は複数を用い得ることをさらに理解されたい。例えば、本明細書に記載のように、いくつかの機能構築要素が制御信号のみを用い得る一方で、他の構築要素は電力及び制御信号の両方を用い得る。コネクタ要素が、さらなる接点、例えば、マイクロプロセッサを含む構築要素間に通信バスを提供するための信号ラインを含んでいてもよいことをさらに理解されたい。
【００６９】
図３ａ〜図３ｃは、センサ構築要素の例を概略的に示している。
【００７０】
図３ａ〜図３ｃは、センサブリック３０１の形態の主センサ構築要素本体と、フレキシブルケーブル３０３を介してセンサブリック３０１に接続されている出力コネクタ３０２とを含む、全体的に３００で示すセンサ構築要素の第１の例を示している。センサブリックは、上面上の結合スタッド３０５及び底面内の対応する空洞（明確には図示せず）を有する。センサブリック３０１は、コネクタ３０２の端子３１０及び延長ケーブル３０３のライン３１２ａ、３１２ｂを介して電力を受け取るセンサ回路３０４を含む。センサ回路３０４は、外部入力等のセンサ入力を受信するセンサ素子３１４をさらに含む。
【００７１】
概して、本明細書に記載のセンサブリックは、物理的なイベント、例えば外部の物理的なイベントに応答する１つ又は複数のセンサ素子を含み得る。このような物理的なイベントの例には、機械力、押し、引き、回転、人為操作、接触、物体の近接、電気信号、無線周波数信号、光信号、可視光信号、赤外線信号、磁気信号、温度、湿度、放射線等、及びそれらの組み合わせが含まれる。
【００７２】
図３ｂは、制御構築要素３６１、例えば本明細書に記載のようなインタフェース構築要素である制御構築要素３６１に、制御構築要素３６１の入力コネクタ又は構成可能なコネクタ３６２を介して接続されている、センサブリック３０１を示している。
【００７３】
図３ｃは、センサ構築要素のセンサ回路３０４のより詳細なブロック図を概略的に示している。センサ素子３１４は、ライン３１２ａ、３１２ｂから電力を受け取り、出力信号を提供するためにＣ１と記したライン３１３ａに接続される。センサ素子によっては電力ライン３１２ａ、３１２ｂへの接続を必要としない場合があることが認識されるであろう。センサ回路は、Ｃ２と記した出力ライン３１３ｂをグランド（ライン３１２ｂ）に接続するＩＤ抵抗をさらに備える。一実施形態では、各タイプのセンサ構築要素が各自のＩＤ抵抗値を有することにより、制御構築要素３６１が抵抗３１５のインピーダンスを測定することで、それに接続されているセンサ構築要素のタイプを識別することが可能になる。代替的に、別のタイプの識別回路を用いてもよい。例えば、センサ構築要素は、センサのＩＤを出力する第２のセンサ出力を提供してもよい。
【００７４】
したがって、センサブリック３０１は、感知した物理的なイベントに応じてＣ１においてセンサ信号を発生させ、延長ケーブル３０３のライン３１３を介してコネクタ要素３０２の接点３１１にセンサ信号を送り込む。コネクタ要素３０２は、雄コネクタ３０６が上述の積み重ね可能なコネクタの雄コネクタと同じ物理的寸法を有し、且つ電力用の入力接点３１０を有するという点で、上述の積み重ね可能な雄コネクタ要素と同様である。しかしながら、雄コネクタ３０６の接点３１１は、出力信号用の出力接点であり、コネクタ要素３０２は、いかなる雌出力コネクタも含まない。
【００７５】
積み重ね不可能なコネクタを有するセンサ構築要素を提供することによって、ＩＤ抵抗を介したセンサ素子の確実な識別が確保される。いくつかの実施形態では、積み重ね可能なコネクタを有しＩＤ抵抗を有しない、又はより複雑な識別スキームを用いるセンサ素子が設けられ得る。しかしながら、ＩＤ抵抗及び積み重ね不可能なコネクタを有するセンサ構築要素の提供により、高い遊び価値を提供する費用効果的な解決手段が得られることが分かった。
【００７６】
図３ｄは、センサ構築要素がマイクロプロセッサ又は他の処理デバイス／論理ユニットを含む知能構築要素であり得ることを示している。特に、図３ｄは、センサ素子３１４及びマイクロプロセッサ３６３を含むセンサ回路３０４の例のブロック図を示している。マイクロプロセッサ３６３及び場合によってはセンサ素子３１４は、ライン２１２ａ、２１２ｂを介して電力を受け取る。マイクロプロセッサは、２１３で示すＣ１及びＣ２にさらに接続され、これを介して信号を受信し且つ／又は送信することができる。例えば、マイクロプロセッサは、ＩＤデータ、センサ結果等のようなＣ１及びＣ２を介したデータの構成信号及び／又は要求を受信することができる。したがって、センサは、例えば対応する要求を受信すると、又は別の適当なプロトコルに従って、Ｃ１及びＣ２を介してＩＤ及び／又はセンサ結果を出力することができる。
【００７７】
図４及び図５は、センサ構築要素の例を示す。特に、図４は、センサブリック４０１、フレキシブルケーブル４０３を介してセンサブリック４０１に接続されているコネクタ４０２、及び発光ダイオード及び光センサの形態のセンサ素子４１４を備える、近接検出器を示している。したがって、ＬＥＤがＬＥＤ／光センサ対に近い表面を照明すると、光センサが表面によって反射される光を検出する。図５は、センサブリック５０１、フレキシブルケーブル５０３を介してセンサブリック５０１に接続されているコネクタ５０２、及びブリック５０１内に配置されて１つ又は複数の所定の軸に沿ったブリック５０１の傾斜を検出するようになっているセンサ素子（明確には図示せず）を備える、傾斜センサを示している。
【００７８】
図６ａ〜図６ｃは、インタフェース構築要素の例を示している。特に、図６ａは、インタフェース構築要素の斜視図を示し、図６ｂは、インタフェース構築要素の電力制御回路のブロック図を示し、図６ｃは、インタフェース構築要素のポート構成回路のブロック図を示している。
【００７９】
全体的に６００で示すインタフェース構築要素は、インタフェースブリック６０１の形態の主インタフェース構築要素本体と、フレキシブルケーブル６２３を介してインタフェースブリック６０１に接続されているＵＳＢコネクタ６２４とを含む。インタフェースブリック６０１は、上面上の結合スタッド及び底面内の対応する空洞（明確には図示せず）を有する。
【００８０】
インタフェースブリック６０１は、本明細書に記載のような入力コネクタ及び出力コネクタとして選択的に機能する２つの構成可能な雌コネクタ６２２を含む。インタフェースブリック６０１は、コネクタ６２２のＣ１と記した対応する接点６３６及びＣ２と記した対応する接点６３７に制御信号を送り込み且つ出力する、処理ユニット６２８又は他の制御デバイスを含む。制御ブリックの処理ユニット６２８はさらに、ＵＳＢコネクタ６２４のＵＳＢ通信ライン６２５を介してデータ処理システム（図６ａ〜図６ｃには図示せず）と通信するようになっている。
【００８１】
制御ブリック６０１はさらに、ＵＳＢコネクタ６２４のＵＳＢ電力ライン６２６及び６２７を介してデータ処理システムから電力を受け取るようになっている。制御ブリック６０１は、受け取った電力をコネクタ６２２の対応する出力接点６３２及び６３３に送り込むことにより、インタフェース構築要素の構成可能なコネクタ６２２に接続されている１つ又は複数の構築要素に電力を供給する。インタフェース構築要素６００によって提供される出力電力は、玩具構築セットに適した低圧電力、例えば４．５Ｖ〜９Ｖの電力であり得る。
【００８２】
構成可能なコネクタ６２２は、上述の機能構築要素の雌コネクタ２０７と同様であり、それぞれが、電力用の接点及び制御信号の受信及び／又は出力用の制御接点を含む。構成可能なコネクタ６２２は、上述の機能構築要素及びセンサ構築要素の両方の雄コネクタと嵌まり合うように設計される。
【００８３】
インタフェースブリック６０１は、それぞれが電力を提供し且つ制御信号を出力する／受信する２つの構成可能なコネクタ６２２を含む。インタフェースブリックの他の実施形態が異なる数のコネクタを含み得ることが認識されるであろう。構成可能なコネクタに送り込まれるか又はそれらによって受信される制御信号は、同一であっても異なっていてもよい。したがって、インタフェース構築要素６０１は、２つの平行な機能構築要素又は機能構築要素のスタックを制御してもよく、又は２つのセンサ構築要素から入力信号を受信してもよく、又は１つ又は複数の機能構築要素を制御するためにコネクタの一方を介してセンサ構築要素から入力を受信し他方のコネクタを介して制御信号を出力してもよい。したがって、本明細書に記載のようなブリックで組み立てられた玩具構築体では、いくつかの機能ブリック及び／又はセンサブリックを交換可能に用いることができ、センサブリックから入力を受信して機能ブリックを一様に制御するために、特定のインタフェースブリックをいくつかの構築体で用いることができる。
【００８４】
図７は、傾斜センサ５０１及び近接検出器４０１がインタフェースブリック６０１の各コネクタに接続されている構造例を示す。
【００８５】
図６ａを再度参照すると、コネクタ６２２を介して利用可能な電源が、インタフェース構築要素が接続されるコンピュータ、例えばＰＣからＵＳＢ接続６２３、６２４を介して完全に駆動されることにより、システムの価格、サイズ、及び複雑性を低下させるバッテリの必要が回避される。
【００８６】
ユーザが事実上無限の構築要素の構築組み合わせを構築することができるため、本明細書に記載の玩具構築システムは、開放型の電気的建造システムである。各組み合わせが異なる量の電力を用いることができる。
【００８７】
この構築の自由に対応するために、インタフェース構築要素６０１は、ＵＳＢ接続の電力管理を行うための電力制御回路６２９を備える。
【００８８】
ＵＳＢ仕様書は、接続されたＵＳＢデバイスに電力を引き込むことができる単一のワイヤ上で５Ｖの電源電圧を規定している。仕様書では、正バス電力ラインと負バス電力ラインとの間で５．２５Ｖ以下４．７５Ｖ以上（５Ｖ±５％）が定められている。デバイスは、２つの電力モードでＵＳＢ接続から電力を引き込むことができ、ＵＳＢデバイスは、休止することもあり得る。
・ハイパワーモード（最大５００ｍＡ）
・ローパワーモード（最大１００ｍＡ）
・休止モード（最大４００μＡ）
【００８９】
インタフェース構築要素は、玩具構築システムに対してオープンであるため、引き込まれる電力の大きさを制御し、且つＵＳＢ接続を通して電流が送り戻されないことも確実にする。これは、例えば、モータがインタフェース構築要素に接続され、外力によって回転させられ、且つ発電機として働く場合に起こり得る。
【００９０】
これに対応するために、電力制御回路６２９は、処理ユニット６２８及びＵＳＢ通信インタフェース６２５を介して必要なＵＳＢ電力モードになるように構成される。後続の動作中、電力制御回路６２９は、ＵＳＢ電力接続６２６から引き込まれる電流Ｉ及びインタフェース制御要素の出力における電圧Ｖの両方を監視する。電流Ｉは、抵抗６３０の両端での電圧降下として測定される。電流Ｉが選択された電力モードによって指定される電流を超える場合、電力制御回路は、インタフェース構築要素の出力６３２、６３３で引き込まれる電流を制限するように、電流発生器回路６３１又は電流Ｉを調節するための別の回路を制御する。
【００９１】
電圧Ｖが指定の限度を超える場合（例えば、接続されたモータが発電機として働く場合）、電力制御回路は、出力コネクタ６３２、６３３を介した電力出力を完全に遮断する。
【００９２】
上述のように、構成可能なコネクタ／ポート６２２のそれぞれが、インタフェース構築要素６０１が同じポートからセンサ入力を受信して制御出力を提供することを可能にする。この目的で、処理ユニット６２８は、アナログ−デジタル（ＡＤ）変換器６３４及び出力ドライバ回路６３５を備え、これらの両方がＣ１と記した接点６３６及びＣ２と記した接点６３７に接続される。
【００９３】
インタフェース構築要素は、ＡＤ変換器６３４を用いてＣ１及びＣ２における入力を読み取る。インタフェース構築要素が入力を読み取ることができる構築要素の例は、上述のセンサ構築要素である。ＡＤ変換器は、受信した入力をデジタル信号に変換し、これがＵＳＢ通信接続６２５を介してコンピュータに転送される。
【００９４】
同様に、インタフェース構築要素が、コンピュータからＵＳＢ通信接続６２５を介して制御論理コマンドを受信すると、出力ドライバ６３５が、論理コマンドを例えば上述のような適当な制御信号に変換して、発生させた制御信号を出力Ｃ１及び／又はＣ２を介して出力する。
【００９５】
構成可能なポート６２２の構成は、コンピュータから受信される論理コマンドに基づいて実行され、論理コマンドはさらに、接続された構築要素の検出タイプに基づく。いずれかの構築要素がインタフェース構築要素の構成可能なポートの一方に接続されると、インタフェース構築要素は、モジュールが接続／切断された時点を検出し、モジュールのタイプ（例えば、モータ、光センサ、傾斜センサ等）に関する情報を識別する。続いて、構築要素は、接続６２５を介してコンピュータにモジュールのタイプに関する情報を送信する。続いて、受信した情報に応じて、コンピュータは、例えば１つ又は複数の適当なスイッチを用いて、構成可能なポートを構成するように構築要素を制御するために構築要素に論理コマンドを送信し得る。代替的な実施形態では、構成可能なポートの構成は、構築要素に含まれる制御回路によって実行されてもよい。
【００９６】
接続／切断は、Ｃ１及びＣ２からグランドまでのインピーダンスを測定することによって検出され得る。要素が接続されている場合、インピーダンスが低下する。要素のタイプは、種々の方法で判定され得る。例えば、Ｃ１とＣ２との間のインピーダンスが低い、例えば所定の閾値よりも低い場合、接続されている要素はモータであると判定される。他の場合には、ＩＤ抵抗、すなわちＣ２とグランドとの間のインピーダンスが測定され、その値が要素のタイプを示すことになる。
【００９７】
玩具構築システムが、データ処理システムに接続されておらず自律制御を実行する付加的な制御構築要素をさらに含み得ることが認識されるであろう。このような制御構築要素は、例えば適当な入力手段、例えばユーザ起動式の入力手段（例えば、押しボタン、スイッチ、遠隔制御入力センサ等）、又は本明細書に記載の機能構築要素の入力コネクタと同様の入力コネクタを含み得る。この場合、制御構築要素は、制御要素に組み込まれているか又は制御要素とは別個のバッテリボックスから、又は別の適当な電源から電力供給され得る。このような自律制御構築要素は、接続されている要素の検出及びポートの構成用の適当な制御ユニットを含む、インタフェース構築要素に関して上述したような１つ又は複数の構成可能なコネクタも備え得る。例えば、このような制御ユニットは、デバイス自体のプロセッサに組み込まれ得る。
【００９８】
図８ａ〜図８ｃは、玩具構築要素のさらなる例を示す。
【００９９】
図８ａ及び図８ｂはそれぞれ、機能構築要素の例としてのモータモジュール２０１の例を示している。モータモジュール２０１は、モータが回転させるシャフトを収容する孔８８１を含む。モータモジュールは、モータモジュールを他の構築要素と接続する結合手段２０５をさらに含む。モータモジュールは、本明細書に記載のような積み重ね可能なコネクタ要素２０２をさらに含む。
【０１００】
図８ｃは、本明細書に記載の機能構築要素、制御構築要素、及び／又は延長構築要素で用いるための積み重ね可能なコネクタ８０２の例を示している。特に、図８ｃは、コネクタ要素８０２と、フレキシブル延長ケーブル８０３と、電力を出力するための接点８０８、制御信号を出力するための接点８０９、及び例えば分散知能用の高速通信ラインとして用いるための付加的な信号を出力するためのさらなる接点８８２を含む、積み重ね可能なコネクタの雌コネクタ８０７とを示している。コネクタ要素は、１つ又は複数の対応する空洞を有する雄コネクタへのコネクタ要素の容易且つ確実な接続のための結合スタッド８０５をさらに含む。
【０１０１】
図９ａ〜図９ｃは、本明細書に記載のような玩具構築システムから構築された構造の例の概略ブロック図を示している。
【０１０２】
図９ａは、データ処理システム、機能構築要素、及びセンサ構築要素に接続されているインタフェース構築要素の概略図を示している。図９ｂは、図９ａの構造のブロック図を示している。インタフェース構築要素６０１は、ＵＳＢ接続６２３でコンピュータ９４０に接続される。コンピュータ９４０によって実行されるプログラミング環境を提供するソフトウェアアプリケーション９４１が、ここでインタフェース構築要素６２３からデータを読み取ってインタフェース構築要素６２３に制御コマンドを送信する。インタフェース構築要素６０１は、本明細書に記載の玩具構築システムの別の構築要素（例えば、機能構築要素、制御構築要素、又はセンサ構築要素）を接続するための２つのＩ／Ｏコネクタ６２２ａ及び６２２ｂを有する。図９ａ及び図９ｂの例では、センサ構築要素３０１がポート６２２ｂに接続されて示されており、機能構築要素２０１がポート６２２ａに接続されて示されている。
【０１０３】
上述のように、コンピュータ９４０上のアプリケーション９４１は、例えばインタフェース構築要素によって測定されるインピーダンスに基づいて、要素がインタフェース構築要素６０１に対して接続又は切断される時点及び接続される構築要素のタイプに関する情報を受信する。例えば、アプリケーションは、要求に応じて、周期的に、又は別の適当な方法で、上記情報を受信することができる。構築要素のタイプは、機能要素、制御要素、又はセンサ要素であり得る。いくつかの実施形態では、タイプは、例えば、異なるセンサタイプ間の、例えば近接センサ、音センサ、傾斜センサ等の区別によって、且つ／又は異なる機能要素タイプ間の、例えばモータ、ＬＥＤ素子、サウンドジェネレータ等の区別によって、より細かく定義され得る。
【０１０４】
この情報は、プログラミングアプリケーション９４１によって有利に用いられる。プログラミングアプリケーション９４１は、このとき、何が接続されるかに応じて働くことができる。例えば、プログラミングアプリケーション９４１は、何が何処に接続されているかの知識にすべて基づいて、入力又は出力、プログラミング可能性の有効化／無効化、文脈依存ヘルプの提供等を行うようにインタフェース構築要素の構成可能なポートを構成することができる。このような適応性により、比較的年少の子供でもプログラム可能な構造を試してみることが可能になる。
【０１０５】
図９ｃは、データ処理システム及びいくつかの構築要素に接続されているインタフェース構築要素の別の例の概略図を示している。この例では、インタフェース構築要素６０１は、ＵＳＢ接続６２３でコンピュータ９４０に接続される。インタフェース構築要素６０１は、本明細書に記載の玩具構築システムの別の構築要素（例えば、機能構築要素、制御構築要素、又はセンサ構築要素）を接続するための２つのＩ／Ｏコネクタ６２２ａ及び６２２ｂを有する。図９ｃの例では、センサ構築要素３０１がポート６２２ａに接続されて示されており、構築要素のスタックがポート６２２ｂに接続されて示されている。
【０１０６】
構築要素のスタックは、各自の積み重ね可能なコネクタ要素２０２ａ〜２０２ｃ及び９０２を介した機能ブリック２０１ａ〜２０１ｃ及び制御ブリック９０１を含む。したがって、機能ブリック２０１ａと制御ブリック９０１とは、インタフェースブリック６０１を起点とする第１のスタック９９０の各自の積み重ね可能なコネクタ要素を介して接続され、機能ブリック２０１ｂと２０１ｃとは、制御ブリック９０１を起点とする第２のスタック９９１において接続される。したがって、この例では、インタフェースブリック６０１が、スタック９９０内のすべての機能要素及び制御要素に、また制御ブリック９０１を介してスタック９９１内の要素に、電力を供給する。
【０１０７】
制御ブリック９０１は、外部インタフェース（図示せず）、例えば押しボタン又は他のインタフェース若しくはセンサからの制御入力を受信することができ且つ対応する出力制御信号を発生させる、制御デバイス（図示せず）を含む。さらに、制御ブリック９０１は、雄入力コネクタ及び雌出力コネクタを有する積み重ね可能なコネクタ要素９０２を含む。雄入力コネクタ４０７は、電力用の入力接点及び入力接点に接続される出力接点を有する。こうして、制御ブリックは、積み重ね可能なコネクタ要素及びライン９０２を介して電力を受け取る。
【０１０８】
制御ブリックは、出力制御信号をコネクタ９２２の対応する出力接点に送り込むため、主出力コネクタとして機能する別個の雌出力コネクタ９２２をさらに備える。制御ブリック９０１は、受け取った電力をコネクタ９２２の対応する出力接点にさらに送り込むことにより、システムを通して連続した電力線を提供する。別個の出力コネクタは、ブリック９０１に接続されるか又は組み込まれてもよく、又はブリック９０１から離れて配置され、例えば延長ケーブルによってブリック９０１に接続されてもよい。
【０１０９】
さらに、積み重ね可能なコネクタ要素９０２は、制御信号入力接点と対応する出力接点との間の接続を含むため、その入力から出力への直接制御信号経路を提供する。
【０１１０】
したがって、制御ブリック９０１は、入力制御信号及び／又は外部入力に基づいて、例えば２つの制御入力を組み合わせることによって、例えば「ＡＮＤ」関数、「ＯＲ」関数、及び「ＸＯＲ」関数等の論理関数を実施すること、入力制御信号の変化をトリガイベントとして用いること等によって、その出力制御信号を発生させる。概して、論理関数は、事前構成可能な論理関数であり得るが、ユーザがプログラムするか又は他の方法で決定若しくは左右することもできる。いくつかの実施形態では、制御デバイスは、出力制御信号をトリガするため又は出力制御信号をもたらす制御プロセスをトリガするためのトリガ信号として、入力制御信号及び／又は外部入力を用い得る。例えば、制御デバイスは、実行可能プログラムを内部に記憶していてもよく、その実行は、所定の入力制御信号によってトリガされて、出力制御信号又は出力制御信号のシーケンスをもたらし得る。
【０１１１】
制御ブリック９０１は、機能ブリック２０１ｂ及び２０１ｃをこうして制御する。さらに、制御ブリック９０１がその積み重ね可能なコネクタからの制御信号を受信するため、インタフェースブリック６０１は、機能ブリック２０１ａと機能ブリック２０１ｂ及び２０１ｃとの両方を制御する。後者の機能ブリック２０１ｂ及び２０１ｃの制御は、制御ブリック９０１を介して間接的に、また制御ブリック９０１によって実施される特定の論理関数に従って行われる。
【０１１２】
センサブリックのコネクタも機能ブリックの積み重ね可能なコネクタの上に積み重ねることができ、機能ブリックの積み重ね可能なコネクタをさらに制御ブリック、例えばインタフェースブリックに接続することが理解されるであろう。積み重ねられた構築要素が、インピーダンスに基づく構築要素のタイプの検出に影響を及ぼし得る。例えば、モータのインピーダンスは、他の要素のインピーダンスよりも低く、例えば発光機能要素をモータと積み重ねて接続すると、モータとして検出される。別の実施形態では、制御ラインＣ１／Ｃ２が、後述するように通信ラインとして構成され得ることにより、積み重ねた構築要素のＩＤ検出を改善することができる。
【０１１３】
図１０ａ〜図１０ｄは、ビジュアルプログラミング言語で書かれた本明細書に記載のような玩具構築システム用のプログラムを生成、操作、及び実行するためのビジュアルプログラミング環境のユーザインタフェースの例を示している。
【０１１４】
図１０ａは、インタフェース構築要素に接続されている構築要素がない状況の、初期ウィンドウを示している。ユーザインタフェースは、プログラム実行、ファイル管理、ヘルプ機能、及び他の機能を制御するための複数のメニューバー１００１を備える。ユーザインタフェースは、ユーザがプログラミングアイコンを配置できる作業空間１００３をさらに備える。ユーザは、画面の下部にあるパレット１００２からアイコンプログラミング要素を選択することができる。例えば、ユーザは、ドラッグアンドドロップ動作によってパレット上のアイコンを配置することができる。各アイコンは、各プログラミング要素、例えば、機能、状態、プログラム制御要素等を表す。
【０１１５】
図１０ｂは、プログラミング環境を実行するコンピュータに接続されているインタフェース構築要素のポートの１つにユーザがモータを接続した後の、ウィンドウを示している。モータの接続に応答して、アプリケーションは、作業空間の左上隅にモータアイコン１００４を表示する。アイコンは、接続されている要素のタイプ（このアイコンは回転ホイール１００６を示す）及びその動作状態を示す。この場合、モータアイコンは、モータの回転速度を示すステータスバー１００５を含み、表示されたホイール１００６は、回転の方向を示す。
【０１１６】
図１０ｃは、ユーザが傾斜センサをインタフェース構築要素の他方のポートにさらに接続した後のウィンドウを示している。傾斜センサの接続に応答して、アプリケーションは、作業空間の左上隅に傾斜センサアイコン１００７を表示する。アイコン１００７は、接続されている要素のタイプ及びその動作状態を示す。この場合、アイコンは、検出された方向に傾斜している傾斜センサを示す。
【０１１７】
図１０ｄは、ユーザが単純なプログラム例に応答して作業空間上に複数のプログラムアイコンを配置した後のウィンドウを示している。プログラムは、開始アイコン１００８を含む。プログラムは、（例えば開始アイコン１００８をクリックすることによって）実行されると、最初に、アイコン１００９で示すように時計方向（ＣＷ）に回転するようコンピュータにモータを制御させる。続いて、プログラムは、傾斜センサが前傾する（アイコン１０１４が状態を表す）まで待機する（アイコン１０１０が待機ループを表す）。傾斜センサが前傾すると、プログラムは、モータの方向を反時計方向（ＣＣＷ）に変える（アイコン１０１１）。続いて、プログラムは、傾斜センサが後傾するまで待機する（アイコン１０１２及び１０１５）。これは、例えば、ユーザがメニューバー１００１の１つで制御要素を起動することによって中止するまで無限ループ（アイコン１０１３）で繰り返される。
【０１１８】
プログラム実行中、プログラムは、（例えば、インタフェース構築要素からの対応する情報を周期的に要求することによって）接続されているものに何らかの変化が生じているか（有無、タイプ、動作状態）を調べることで、例えば、要素の切断時にプログラムの中止を可能にするか、又はプログラム実行の状態を可視化する。図１０ｄの例では、アイコン１０１０が白枠で強調されている。これは、プログラム実行の現在位置、すなわち、プログラムが傾斜センサの前傾を待機していることを示す。したがって、左上隅のアイコンは、モータがＣＷに回転しており（アイコン１００６）、且つ傾斜センサが後傾している（アイコン１００７）、すなわちプログラム実行の状態と一致していることを示す。
【０１１９】
概して、玩具構築システムのいくつかの実施形態は、１つ又は複数の異なるタイプの入力／センサ構築要素、例えば、以下のタイプのセンサ構築要素の１つ又は複数を備え得る。
・単純な抵抗センサ（例えば、接触、温度、磁気等を測定するためのセンサブロック）。このようなセンサのＩＤは、本明細書に記載のようなＩＤ抵抗の使用によって検出することができ、このような単純なセンサは、入力電力を必要としない。このようなセンサ構築要素の例は、図３ｃに示されている。
・電源によって電力供給されるセンサ（例えば、光検出器）。この場合も、このようなセンサのＩＤは、本明細書に記載のようなＩＤ抵抗の使用によって検出することができる。このようなセンサ構築要素の例は、図３ａ〜図３ｃに示されている。
・統合論理及びＣ１／Ｃ２を介した通信を含むセンサ構築要素（例えば、コンパス、色検出器等）。このような要素は、電力を受け取り、インタフェース構築要素等の制御構築要素との通信のために制御ラインＣ１及びＣ２を用いる。このようなセンサ構築要素の例は、図３ｄに示されている。
【０１２０】
同様に、玩具構築システムのいくつかの実施形態は、１つ又は複数の異なるタイプの出力／機能構築要素、例えば、以下のタイプの機能構築要素の１つ又は複数を備え得る。
・Ｃ１／Ｃ２を介して電力供給される単純な出力機能構築要素（例えば、モータ、ライト等）。このような要素の例は、図２ｃ及び図２ｄに関連して説明した。
・別個の電力入力及び制御（例えば、トリガ）入力を有する機能構築要素（例えば、サウンドブリック）。このような要素の例は、図２ｂ及び図２ｅに関連して説明した。
・統合論理及びＣ１／Ｃ２を介した通信を含む機能構築要素（例えば、サーボ）。このような要素の例は、図２ｆに関連して説明した。
【０１２１】
図１１は、知能構築要素の概略ブロック図を示している。構築要素１１０１は、例えば、センサ構築要素又は機能構築要素であり得る。構築要素１１０１は、機能／センサ要素１１１４及びマイクロプロセッサ１１６３を含む。マイクロプロセッサ１１６３及び場合によっては機能／センサ要素１１１４は、ライン１１１２ａ、１１１２ｂを介して電力を受け取る。マイクロプロセッサは、１１１３で示すＣ１及びＣ２にさらに接続され、これを介して信号を受信し且つ／又は送信することができる。例えば、マイクロプロセッサは、ＩＤデータ、センサ結果、動作フィードバック等、Ｃ１及びＣ２を介したデータの構成信号及び／又は要求を受信することができる。したがって、構築要素は、例えば、対応する要求を受信すると、又は別の適当なプロトコルに従って、Ｃ１及びＣ２を介してＩＤ及び／又はセンサ結果、フィードバックデータ等を出力することができる。
【０１２２】
したがって、統合論理を含む構築要素が、統合制御を同じく含むさまざまなセンサ／アクチュエータ機能を実施することができる。
【０１２３】
統合論理及び通信を含む構築要素は、ラインＣ１／Ｃ２を通信ラインとして用いて、インタフェース構築要素等の制御構築要素が１つ又は複数のセンサ／入力構築要素及び／又は機能／出力構築要素とインタフェースすることを可能にする。構築要素１１０１内のプロセッサは、通信インタフェースを提供する。したがって、プロトコルの相手は、制御構築要素において、インタフェース構築要素において、又はインタフェース構築要素を介してデータ処理システムにおいて実装（implement）され得る。統合論理を含む各構築要素が、例えばオンチップメモリに記憶されている一意のネットワークＩＤを有し得る。統合論理を含む構築要素１１０１が、本明細書に記載のような積み重ね可能なコネクタ要素を含む場合、インタフェース構築要素等の制御構築要素上の各雌プラグが通信バスを提供し、そこに複数のセンサ／入力構築要素及び／又は機能／出力構築要素が図１２に示すように接続され得る。
【０１２４】
図１２は、制御構築要素、例えばインタフェース構築要素に接続されている複数の知能構築要素を示している。図１２の例では、統合論理を含む３つの構築要素１２０４ａ〜１２０４ｃが、制御構築要素６０１に接続されている構築要素１２０４ａ〜１２０４ｃの積み重ね可能なコネクタ（明確には図示せず）によって形成される２線式バス１２６５を介して、制御構築要素６０１に接続されている。異なる数の構築要素１２０４を図１２に示す方式で接続してもよいことが認識されるであろう。
【０１２５】
いくつかの実施形態を詳細に説明及び図示してきたが、本発明はそれらに制限されるのではなく、特許請求の範囲で定義される主題の範囲内で他の方法で具現することもできる。いくつかの手段又はユニットを列挙しているデバイスクレームにおいて、これらのいくつかは、同一の（one and the same item）ハードウェア、例えば、適当にプログラムされたマイクロプロセッサ又は他の処理ユニットによって具現され得る。特定の手段（measures）が互いに異なる独立請求項で挙げられている、又は異なる実施形態で説明されているということだけでは、これらの手段の組み合わせを有利に用いることができないことにはならない。
【０１２６】
本明細書で用いられる場合の「備える」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を明示するものと解釈されるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、又はそれらの群の存在又は追加を除外するものではないことを強調すべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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